多弧镀及磁过滤阴极弧沉积TiN薄膜的摩擦学性能对比

分别采用多弧离子镀(MAIP)和带有平面"S"形过滤管的磁过滤阴极弧设备(FCAP)在不锈钢基底上制备了2种TiN薄膜;采用往复式球-盘摩擦磨损试验机评价了2种薄膜的摩擦学性能;采用扫描电子显微镜观察和分析了薄膜磨斑表面形貌及其元素面分布.结果表明:采用FCAP技术制备的薄膜表面光滑、缺陷少、普遍具有明显的(111)面择优取向;而采用MAIP技术制备的薄膜表面存在较多大小不一的颗粒和孔洞,且无明显取向.在较低载荷下,采用FCAP薄膜表现出较好的抗磨性能,其磨斑表面存在沉积的TiN磨屑;而采用MAIP制备的薄膜磨斑表面无转移沉积磨屑,摩擦系数较高.     

堆焊熔敷层表面纳米晶层摩擦磨损性能研究

用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层.利用TEM、SEM分析技术研究表面纳米晶层微观结构,利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察在干摩擦条件下堆焊层表面纳米晶层的摩擦磨损性能.结果表明堆焊修复层表面经表面纳米化处理后,表面形成厚度约为10μm(晶粒尺寸小于100 nm)的纳米晶层,最表面层平均晶粒尺寸约为10 nm.纳米压痕试验表明纳米晶层的硬度提高,最表面纳米晶层的硬度约为原始堆焊层硬度的3倍.与原始堆焊试样相比,表面纳米化试样的摩擦系数降低了10%,磨损体积降低了25%~30%左右.表面纳米化样品的磨损机制由原始堆焊层的磨粒磨损和黏着磨损转变为磨粒磨损,分析表明晶粒细化导致的高硬度、低塑性是摩擦磨损性能改善和磨损机制改变的主要原因.     

激光处理合金铸铁的摩擦磨损性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜分析了激光淬火组织剖面微结构及磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了激光微精处理合金铸铁的表面成分及典型元素化学状态.结果表明,激光处理的合金铸铁具有理想的表面形貌和较高的表面硬度,在含添加剂的油润滑条件下,其抗磨性能大幅度提高.3种添加剂的承载能力顺序为二烷基二硫代磷酸锌＞磷酸三甲酚酯＞硫化异丁烯.二烷基二硫代磷酸锌与激光微精处理的合金铸铁磨痕表面发生摩擦化学作用,形成由微量硫酸盐、磷酸盐及相应的氧化产物组成的表面润滑与防护薄膜,从而使得激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能明显改善.     

两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷滑动磨损表面演化

文中比较研究了两种晶粒尺寸(0.6μm和3.8μm)氧化铝陶瓷在室温干摩擦条件下分别与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦磨损性能,发现细晶氧化铝陶瓷(0.6μm)/氮化硅陶瓷摩擦副有较低的摩擦系数和磨损率以及高的磨损转变载荷,而粗晶氧化铝陶瓷(3.8μm)/氮化硅陶瓷摩擦副的摩擦学性能较差.对这两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷的磨损表面进行了表征,发现了两种不同的磨损机制和磨损演化规律.在15 N的载荷下,3.8μm氧化铝陶瓷在磨损初期发生了晶粒断裂和拔出,在100 s后开始形成摩擦层,随后摩擦层的面积随着滑动时间的延长而增大,其特征为光滑、有裂纹贯通的机械混合层.0.6μm氧化铝陶瓷在初期的磨损以微凸体磨损和晶界破坏为主,随后出现晶粒断裂和拔出,没有发现机械混合层.本文中讨论了晶粒尺寸效应和磨痕尺寸效应对两种晶粒尺寸氧化铝陶瓷磨损表面演化的影响.     

镁合金晶体塑性本构模型与非均匀孪生变形分析

微结构演化对镁合金材料力学性能有着显著的影响，为了揭示镁合金宏观塑性各向异性特性与非均匀孪生变形的关系，开展了不同路径下的单轴加载试验以及采用含滑移、孪生机制的晶体塑性本构模型对试验条件下的镁合金变形行为进行数值模拟研究。文中本构模型描述了滑移与孪生变形机制以及晶格转动的机制，同时研究采用三维微结构代表性有限元模型，其包含晶粒尺寸、晶向和晶界倾角等微结构参数。研究结果表明，轧制镁合金具有强烈的宏观塑性各向异性行为，并对这种镁合金塑性各向异性行为的模拟结果以及多晶织构的模拟演化结果与试验测量进行对比，结果都基本吻合。对孪生非均匀变形模拟分析表明，镁合金宏观塑性各向异性行为与滑移、孪生变形机制的不同启动组合紧密相关，同时多晶体内应力的非均匀分布受到孪生变形的严重影响。而不同晶粒尺寸的晶粒所发生的孪生变形有比较大的差异，造成孪晶变体在晶粒内的分布极不均匀。本研究可为通过微结构的合理配置来设计和控制材料的力学性能提供理论依据.     

摩擦材料在无围压和加围压条件下的形变比较

研究铜基粉末冶金摩擦材料在无围压和加围压条件下的动态力学特性及其形变特征。试验在Hopkinson压杆上完成,通过试验发现,材料在无围压、应变率低于1000-1s时,有应变率强化效应;在更高应变率下,材料有损伤软化效应。微观分析可以看到试件上大量的平行滑移裂纹导致了材料破坏,形变是滑移伴随少量的孪晶;裂缝中有大量的碳纤维组织,这些纤维状组织对裂纹的扩展起抑制作用。而材料在加围压下的性能得到了很大的改善,同一应变率下最大应力、屈服极限和动态杨氏模量均有提高。在高应变率时,无论是加围压还是无围压,破碎的硬质颗粒都是长条状的。由此得出推论,球状、细化的硬质颗粒,可提高基体的强度。     

近单一FCC相AlCoCrFeNi高熵合金的常温摩擦学行为及典型磨损机制

采用SRV-Ⅳ型微动摩擦磨损试验机对近单一面心立方(FCC)相AlCoCrFeNi高熵合金及其抛丸试样在常温下的摩擦磨损性能和行为进行了较详细的考察. AlCoCrFeNi高熵合金的磨损量随摩擦频率和法向载荷的变化均大体呈现正相关性.随着摩擦频率升高(6～40 Hz)，该高熵合金摩擦界面的原子排列由主要沿(100)晶面逐渐转变为沿(111)晶面，表现出显著的择优取向，其主要磨损机制由氧化磨损和分层磨损逐步过渡到塑性变形和分层磨损；拉曼光谱分析表明该合金在各摩擦频率(除30 Hz外)下形成的磨痕中存在复杂氧化物，其结晶构造与Al₂O₃和Cr₂O₃相似.随着法向载荷不断增大(10～200 N)，该合金摩擦界面的晶粒更加细化，摩擦界面的原子排列更加趋向沿(111)晶面，其主要磨损机制由氧化磨损过渡到疲劳磨损，最终转变为黏着磨损.由于细晶强化作用，经抛丸处理后该AlCoCrFeNi高熵合金表面显微硬度达403 HV，相比抛丸前提高近1倍.抛丸处理形成的表面强化层有利于降低合金的磨损，其厚度约为25μm.随着...     

几种酰胺类化合物作为添加剂对钢—钢和钢—铝摩擦副摩擦学性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了 4种酰胺化合物对钢 -钢和钢 -铝摩擦副摩擦磨损性能的影响 ,用X射线光电子能谱 (XPS)分析了丙烯酰胺润滑下铝合金磨斑表面元素的化学状态 .结果表明 :对钢 -钢摩擦副 ,酰胺类化合物表现出一定的抗磨减摩作用 ,对钢 -铝摩擦副 ,丙烯酰胺和乙酰胺表现出良好的抗磨减摩性能 .XPS分析结果显示 ,铝合金磨斑表面存在 3种价态的氮的化合物及 2种价态的铝 ,表明其磨损表面生成了复杂的反应膜     

电磁场作用下菜籽油的摩擦学性能研究

使用改进后的四球摩擦磨损试验机考察了不同电磁场强度和不同载荷条件下菜籽油的摩擦学性能,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑的表面形貌及表面典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨.结果表明:在所考察的工况下,电磁场有利于改善菜籽油的抗磨减摩性能,其强度越大,对菜籽油抗磨减摩性能的改善效果越好;电磁场通过促进吸附膜的吸附作用和O元素与金属表面作用,有利于在磨斑表面生成更厚、更致密的摩擦化学反应膜,从而增强了菜籽油的抗磨减摩性能;不同强度的电磁场可能会改变长链菜籽油分子在摩擦界面的吸附形态而影响其减摩性能.     

内部爆炸作用下20钢柱壳的变形及相变

研究冲击波作用下金属微观组织变化对于理解柱壳结构在高应变率下的变形及破坏极为重要。实验通过对20钢金属柱壳在内部爆炸载荷作用下的爆炸回收碎片截面进行微观分析,探讨冲击波作用下材料的组织演化、相变特征,同时使用有限元方法对柱壳膨胀断裂过程中的热力学特征进行分析。研究发现:20钢柱壳近内表面满足α→ε相变热力学条件的有限深度区域内,α晶粒内可见明显的平行滑移线分布特征;电子背散射衍射揭示了平行滑移线区域内组织碎化,且存在{112}<111>和{332}<113>两种孪晶,同时平行滑移线的碎化组织区域中存在密排六方晶格(HCP)的ε相结构,而试样原始组织及爆炸后除试样壁厚内部(0～3.0 mm)区域外均未见ε相结构残留。分析认为:冲击过程中发生了α→ε相变;相变引发的材料性能改变将可能影响断裂破坏过程;考虑冲击波作用下金属材料动态相变对结构变形与破坏的影响,对这类柱壳变形及破坏的精密物理模拟具有重要意义,有必要开展进一步研究。     

溅射沉积WS2／Ag纳米复合薄膜在不同环境中的摩擦磨损性能研究

利用直流磁控溅射方法在钛合金基底上制备W S2/Ag纳米复合薄膜,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及能谱仪对复合薄膜的表面形貌和组织结构进行分析,用球-盘式摩擦磨损试验机对复合薄膜在真空和潮湿空气环境中的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:溅射沉积制备的W S2/Ag复合薄膜为非晶态结构,弥散分布于W S2基体中的晶态纳米Ag相提高了薄膜与基底的界面结合强度;与纯W S2薄膜相比,W S2/Ag纳米复合薄膜虽然在不同环境中的摩擦系数有所增加,但其在潮湿空气中的耐磨性能(磨损寿命)具有较大幅度的提高,且摩擦状态更稳定.     

玻璃表面全氟聚醚衍生物润滑膜的自组装及性能研究

利用自组装技术将两种不同分子量的全氟聚醚衍生物分别组装在玻璃表面，然后采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、椭圆偏振测厚仪对自组装润滑膜的化学结构、润湿性能、微观形貌和膜厚进行了表征，并用TRB摩擦试验机考察了自组装和非自组装两种全氟聚醚衍生物润滑膜的摩擦学性能. 结果表明:全氟聚醚衍生物在玻璃表面的自组装明显降低了玻璃基底的摩擦系数，分子量的大小、自组装溶液的浓度对润滑薄膜的润湿性和耐磨性均有重要影响；而且自组装的分子与玻璃基底的化学键合力更强，热处理后的自组装润滑膜更为致密，因此摩擦学性能更优. 利用三维轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析润滑膜磨痕的形貌及对偶钢球表面的磨斑形貌、元素组成及化学状态，显示润滑膜与对偶钢球摩擦的过程中发生分解，形成了含有有机氟氧化物和有机氟碳化物等的碎片，并发生了转移，进而导致摩擦失效.      

水轮发电机碳刷/集电环无载流与载流干滑动摩擦磨损性能研究

针对水轮发电机碳刷/集电环摩擦副磨损严重、打火和励磁电流不稳等现象. 在对常用碳刷(D172、E468e)磨损原因及影响因素分析的基础上，采用碳刷/GCr15钢球配副在Anton Paar Tribometer多功能摩擦磨损试验机上，研究干滑动条件下载荷、速度及电流密度对碳刷/GCr15钢球配副摩擦学性能的影响. 结果表明:碳刷/集电环摩擦副在载流与无载流时的摩擦磨损性能相差较大. 无载流时，D172和E468e两碳刷的磨损率均随载荷的增大呈现先减小后增大的趋势，在达到最小值时出现大转折，两碳刷磨损率变化趋势呈“U”字型. 无载流时D172碳刷磨损率远低于E468e，载流时则情况相反. D172碳刷无载流时磨损机理以磨粒磨损为主并伴有轻微黏着磨损，载流时碳刷除发生磨粒磨损、黏着磨损外还伴有氧化磨损. E468e碳刷在载流前后均为磨粒磨损. D172碳刷摩擦系数整体呈增大趋势，而E468e碳刷摩擦系数先缓慢增大随后逐渐减小，电流对D172碳刷摩擦系数的影响比E468e碳刷更明显.      

锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承的摩擦学特性

在栓－盘式端面摩擦磨损试验机上于常温干摩擦条件下，对锡青铜轴承和镶嵌固体润滑剂（ＰＴＦＥ和石墨等复合物）的锡青铜轴承进行了摩擦学性能的对比试验研究．结果表明，几种固体润滑剂嵌入量不同的镶嵌轴承的摩擦系数都明显降低，耐磨性均比对照轴承的高２个数量级，其中以固体润滑剂嵌入面积分数为３０％的轴承的摩擦磨损性能最好．利用Ｘ射线微区分析仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪等，对磨损表面和磨屑的形貌、表面转移膜和元素的面分布等作了观察与分析，指出摩擦界面，尤其轴承金属摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成是提高轴承性能的关键，锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承以粘着磨损和疲劳磨损为主要磨损机理     

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

载荷对氟硅共掺杂类金刚石膜摩擦学性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积系统成功制备氟硅共掺杂类金刚石薄膜,采用Raman,XPS对膜层结构与成分进行表征.采用划痕仪对膜层的结合力进行了测试.摩擦测试结果显示,在载荷范围为1~6 N时,膜层具有低摩擦系数(0.05~0.1);在载荷大于6 N时,摩擦系数在0.2~0.27之间.对偶磨斑的光学照片显示,在低载下(1~6 N),磨斑上存在明显的转移膜,转移膜导致膜层具有低摩擦系数;在高载下,磨合期磨斑上存在稳定的转移膜,对应于磨合期的低摩擦系数.然而在磨合期后,磨斑表面转移膜消失,结果导致高摩擦系数.     

磁控溅射法制备Au薄膜及真空载流摩擦学行为研究

针对空间滑动电接触金基润滑涂层在制备方法以及失效机理认识方面存在的不足,探索采用绿色磁控溅射法制备金薄膜. 研究了偏压对薄膜微观结构、力学以及真空载流摩擦学性能的影响规律;建立了真空载流服役工况摩擦试验评价条件,可实现接触电流噪音的实时监测,进一步对比传统电镀金涂层,研究了其真空载流摩擦磨损行为差异、主要影响因素及作用机制. 结果表明:在适中的偏压下,薄膜晶粒尺寸小,结构致密光滑,具有高的结合力、硬度、耐磨性以及低的接触电流噪音. 相比于电镀法,磁控溅射法制备的金膜表现出明显光滑致密的结构特征,硬度、磨损率和接触电流噪音大幅改善. 其中光滑致密的结构是抑制微电弧产生的关键因素,可有效减少电弧侵蚀失效.      

钛硅多元掺杂类金刚石薄膜在不同气氛环境下的摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在单晶硅表面制备了钛硅多元掺杂的含氢类金刚石薄膜. 在球-盘摩擦试验机上考察了不同气氛环境对薄膜摩擦学性能的影响. 利用扫描电子显微电镜和拉曼光谱分析了磨损表面形貌和转移层结构, 探讨了薄膜的摩擦磨损机理. 结果表明:薄膜在真空和氮气环境下摩擦系数较小、磨损率低,表现为磨粒磨损;在氧气和高湿度大气环境下摩擦系数较大、磨损率高,表现为黏着磨损;在低湿度空气环境下薄膜摩擦系数最低,表现为磨粒磨损和黏着磨损混合磨损机理;转移层发生摩擦诱导石墨化和聚乙炔链C=C键双氢化两种摩擦化学过程.     

磁场作用下基础油和含磷酸三甲酚酯润滑油的摩擦磨损特性

在四球摩擦磨损试验机的摩擦区域外加磁场,考察了150SN基础油和添加磷酸三甲酚酯(TCP)润滑油在磁场作用下的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了磨斑表面形貌及典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨.摩擦学试验结果表明:在磁场作用下,基础油和含TCP润滑油中钢球的磨斑直径均比无磁场时小,而两种油样的摩擦系数均比无磁场时大.XPS分析表明:磁场对润滑油摩擦学性能的影响与边界润滑膜的性质有关,磁场有利于TCP中P和O元素与金属表面的键合,促进了金属表面摩擦化学反应膜的形成,增强了含TCP润滑油的抗磨性能.     

几种合成碳氢油的真空摩擦磨损行为研究

利用真空四球摩擦试验机系统考察了聚α-烯烃（PAO40,PAO10）和多烷基化环戊烷（MAC）2类合成碳氢油在空气、真空（压强小于6.0×10-4 Pa）和高纯氮气条件下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）和非接触式三维表面轮廓仪观察了钢球摩擦表面的微观形貌,探讨2类合成碳氢油在空气、真空和高纯氮气中的润滑机理.结果表明：在空气中,由于连续的边界氧化膜和润滑油膜的存在,2类合成碳氢油的摩擦系数较低且能保持稳定,磨斑直径较小、磨痕表面光滑平整.在真空和高纯氮气中,由于润滑膜失效和剧烈温升,2类合成碳氢油的摩擦系数较高且剧烈波动,磨斑直径较大、表面可见明显的黏着磨损.